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硎化物具有硬度高,化学、高温稳定等优点,其晶体相成分区间小,制备条件苛刻。非晶态硼化物很容易通过物理气相沉积技术实现。空间群为Imma的富硼化合物晶体相中,B-C-Mg晶体相的理论硬度最高。与其对应的非晶B-C-Mg也应该具有高硬度的特性。加上非晶材料具有成分均匀、各向同性及极端力学性能的特点,B-C-Mg很有可能成为材料表面保护的一种理想选择。本论文主要研究非晶B-C-Mg薄膜的成分设计、制备、微结构、稳定性及力学性能的研究。采用团簇加连接原子模型设计B-C-Mg体系的理想非晶成分,通过磁控溅射技术制备了系列薄膜,运用X-射线光电子能谱、X-射线衍射、透射电镜、纳米压痕、摩擦磨损仪等方法表征了薄膜的成分、成键环境、结构及力学性能,并从混合焓的角度结合第一性原理计算探索了B6CMX (M为金属)体系中的新型硬质硼碳化物。具体实验及理论计算结果如下：利用团簇加连接原子模型设计出B-C-Mg体系理想非晶成分式为[B-(B6-x/2Cx/2)](B1-x/2Mgx/2)(x≤2)。基于该成分式,控制Mg/C比例为1：1,通过磁控溅射技术可以制备出了一系列B-C-Mg薄膜。成分测试结果表明Mg/C比例在1±0.4内。X-射线光电子能谱测试证实了C-Mg、 C-B、 B-B等化学键的存在,与团簇模型的键态特征相一致。薄膜的硬度、弹性模量及摩擦系数都随硼含量增加而上升,但上升趋势有差异,存在一个临界成分点B(75at.%),对应于极限理想非晶团簇式[B-B5C]Mg1(x=2)。高分辨电镜分析表明理想成分点的薄膜为纯非晶结构,而富硼薄膜样品为非晶和弥散分布纳米晶的混合结构,薄膜硬度及弹性模量分别可以高达33.9GPa及326GPa,韧性为3MPa*m1/2,性能与nc-TiN/SixN纳米复合结构的薄膜的相当。后续工艺探索实验表明薄膜沉积速率、各元素成分随相应靶材溅射功率的增加而提高。适量增加薄膜中C元素含量,可以增加薄膜硬度,但是过量引入C元素反而降低薄膜硬度；Mg元素含量会使薄膜硬度大幅下降。制备薄膜成分均匀,与基体Si片、高速钢基片结合良好。第一性计算表明B6CM0.5(M为3d渡族元素)体系中,性能与B-M混合焓成线性关系。例如B6CTio.5(AHB-Ti=-58kJ/mol)的力学性能及稳定性超过B6CMgo.5(AHB-Mg=-4kJ/mol),可能成为新型三元硼化物。机理研究表明B6CLix.体系与B6CMgx体系电子结构符合Wade定律,B6CAlX及B6CTi,体系中存在大量的共价结合。